在網(wǎng)絡(luò)中搭建基于NTP服務(wù)的時(shí)間同步系統(tǒng)

汪 華,李 波,楊遠(yuǎn)恒

(貴州省氣象信息中心,貴州 貴陽(yáng) 550002)

在網(wǎng)絡(luò)中搭建基于NTP服務(wù)的時(shí)間同步系統(tǒng)

汪 華,李 波,楊遠(yuǎn)恒

(貴州省氣象信息中心,貴州 貴陽(yáng) 550002)

隨著氣象探測(cè)系統(tǒng)和氣象通信系統(tǒng)現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展,氣象信息的收集也從小時(shí)級(jí)逐步加密到分鐘級(jí),氣象信息的時(shí)間關(guān)聯(lián)性決定了不同地區(qū)不同系統(tǒng)之間必須具有精確的時(shí)間。文章主要討論在局域網(wǎng)中搭建 NTP服務(wù)器,并且在不同操作系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)鐘同步,滿足全網(wǎng)統(tǒng)一進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)的需求。

網(wǎng)絡(luò)授時(shí);NTP服務(wù)器;校時(shí)

1 引言

精密的時(shí)間是科學(xué)研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程技術(shù)等方面的基本物理參量,是動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)和時(shí)序過(guò)程測(cè)量和定量研究必不可少的時(shí)基坐標(biāo)。氣象業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)間精確度一直有較高的要求,從傳統(tǒng)的基本要素觀測(cè)到現(xiàn)代多手段、多圈層的綜合觀測(cè),其結(jié)果數(shù)據(jù)都需要建立在具有精確時(shí)間概念的基礎(chǔ)上。21世紀(jì)以來(lái),隨著氣象探測(cè)系統(tǒng)和氣象通信系統(tǒng)現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供了不同領(lǐng)域不同地域間的信息共享與數(shù)據(jù)交換,其中對(duì)統(tǒng)一時(shí)間的要求也越來(lái)越迫切。近幾年氣象數(shù)據(jù)的收集已經(jīng)從小時(shí)級(jí)逐步加密到分鐘級(jí),在如此密集的氣象數(shù)據(jù)收集過(guò)程中,時(shí)間同步至關(guān)重要,信息的獲取如果來(lái)自于不同時(shí)間基準(zhǔn)的信息源系統(tǒng),就很難實(shí)現(xiàn)氣象信息系統(tǒng)的準(zhǔn)確與實(shí)時(shí)。因此,在網(wǎng)絡(luò)中建立時(shí)鐘同步服務(wù)器,并且建立相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)授時(shí)機(jī)制,獲得較為精確的全網(wǎng)統(tǒng)一時(shí)間,已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

2 NTP服務(wù)器的安裝和相關(guān)命令介紹

2.1 NTP簡(jiǎn)介和氣象網(wǎng)絡(luò)中的NTP服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議 (Network Time Procotol:NTP)從1982年最初提出到現(xiàn)在已發(fā)展了 20多年,對(duì)于實(shí)際應(yīng)用,可以使用NTP協(xié)議的子集簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(Simple NTP:SNTP)保障秒級(jí)精度。針對(duì)氣象業(yè)務(wù)具有較高實(shí)時(shí)性、部分業(yè)務(wù)運(yùn)行有嚴(yán)格的時(shí)間時(shí)刻的要求,保證全系統(tǒng)有高精度的統(tǒng)一時(shí)間和頻率源是全系統(tǒng)能協(xié)調(diào)一致工作的前提,但目前大多數(shù)計(jì)算機(jī)時(shí)鐘的守時(shí)能力有限,24h誤差在幾秒之內(nèi),甚至更多,無(wú)法保證業(yè)務(wù)運(yùn)行時(shí)間的準(zhǔn)確性和統(tǒng)一性。通過(guò)建立全網(wǎng)的統(tǒng)一授時(shí)系統(tǒng),用來(lái)產(chǎn)生、保持和播發(fā)全網(wǎng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,為各類氣象應(yīng)用提供基準(zhǔn)時(shí)間。在結(jié)構(gòu)上采用了層次式的時(shí)間分布體系,國(guó)家氣象信息中心在國(guó)家級(jí)配置兩臺(tái)時(shí)鐘服務(wù)器,作為整個(gè)中國(guó)氣象局寬帶網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一授時(shí)系統(tǒng)的主時(shí)鐘源,并與高精度時(shí)間源進(jìn)行同步,各省客戶端從省級(jí)時(shí)間服務(wù)器經(jīng)由主服務(wù)器獲得時(shí)間同步,正常情況下二級(jí)服務(wù)器和客戶機(jī)將優(yōu)先采用最可靠、最準(zhǔn)確的服務(wù)器及傳輸路徑進(jìn)行同步,在省級(jí)NTP服務(wù)器中將傳輸路徑分為主動(dòng)同步路徑和備份同步路徑,兩者都同時(shí)進(jìn)行時(shí)間信息包的傳輸,保障時(shí)間同步的可靠性。

2.2 NTP服務(wù)器的組成

省級(jí)配置兩臺(tái)NTP服務(wù)器,一臺(tái)布署在國(guó)內(nèi)通信系統(tǒng)的雙向安全區(qū)內(nèi),授時(shí)時(shí)鐘源為國(guó)家局 NTP服務(wù)器;一臺(tái)布署在省級(jí)局域網(wǎng)內(nèi),時(shí)鐘源設(shè)置為雙向安全區(qū)內(nèi)的另一臺(tái)時(shí)鐘源,分別為新一代信息系統(tǒng)和省級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)用戶提供校時(shí)服務(wù)。NTP服務(wù)器采用了兩臺(tái) linux服務(wù)器,一般的 Linux發(fā)行版都會(huì)帶NTP軟件包,如系統(tǒng)中沒(méi)有安裝,可以用 rpm命令安裝此包,由于 NTP使用 udp協(xié)議,因此必須開(kāi)放其 123端口。

2.3 NTP服務(wù)器的相關(guān)配置

2.3.1 與NTP服務(wù)有關(guān)的Linux系統(tǒng)文件及命令

/etc/ntp.conf:這個(gè)是 NTP服務(wù)的主要配置文件,不同的Linux版本文件所在的目錄可能會(huì)不同。

/usr/share/zoneinfo:在這個(gè)目錄下規(guī)定了各主要時(shí)區(qū)的時(shí)間設(shè)定文件。

/etc/sysconfig/clock:這個(gè)文件是 Linux的主要時(shí)區(qū)設(shè)定文件。每次啟動(dòng)后,Linux會(huì)自動(dòng)讀取這個(gè)文件來(lái)設(shè)定系統(tǒng)預(yù)設(shè)要顯示的時(shí)間。

/etc/localtime:這個(gè)文件是本地系統(tǒng)的時(shí)間設(shè)定文件。

2.3.2 與 NTP及系統(tǒng)時(shí)間有關(guān)的執(zhí)行文件

/bin/date:Linux系統(tǒng)上面的日期與時(shí)間修改及輸出命令。

/sbin/hwclock:在Linux系統(tǒng)中主機(jī)的 B IOS時(shí)間與系統(tǒng)時(shí)間是分開(kāi)的,所以使用 date這個(gè)指令調(diào)整了時(shí)間之后,只是調(diào)整了 linux的系統(tǒng)時(shí)間,還需要使用 hwclock才能將修改過(guò)后的時(shí)間寫入 B IOS,這個(gè)命令必須 root用戶才能執(zhí)行 。

/usr/sbin/ntpd:NTP服務(wù)的守護(hù)進(jìn)程文件,需要啟動(dòng)它才能提供NTP服務(wù)。

/usr/sbin/ntpdate:NTP客戶端用來(lái)連接NTP服務(wù)器命令文件。

3 NTP服務(wù)端和客戶端的配置過(guò)程

3.1 NTP服務(wù)器的配置

NTP服務(wù)器主要的配置是編輯 /etc/ntp.conf文件,在文件中添加如下配置:

restrict參數(shù)設(shè)定了NTP服務(wù)器的權(quán)限,其中 IP可以是 IP地址,也可以是 default,default就是指所有的 IP,restrict可以針對(duì)子網(wǎng)、IP來(lái)進(jìn)行限制,nomodify參數(shù)表示客戶端不能更改服務(wù)端的時(shí)間參數(shù),但是客戶端可以通過(guò)服務(wù)端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)校時(shí),nomodify參數(shù)表示客戶端可以通過(guò)服務(wù)器端校驗(yàn),但不能更改服務(wù)器端參數(shù)。noquery參數(shù)不提供客戶端的時(shí)間查詢,notrust表示客戶端除非通過(guò)認(rèn)證,否則該客戶端來(lái)源將被視為不信任子網(wǎng),若互相校時(shí),上面命令去掉 nopeer參數(shù)。

restrict 127.0.0.1表示開(kāi)啟內(nèi)部遞歸網(wǎng)絡(luò)接口 lo。

server這個(gè)參數(shù)設(shè)定上級(jí)時(shí)間服務(wù)器,每一個(gè)服務(wù)器都獨(dú)立一行,如果某一臺(tái)服務(wù)器上指定了prefer(偏好參數(shù)),則優(yōu)先使用該服務(wù)器進(jìn)行校時(shí),服務(wù)器的表示可以采用 IP地址或者域名,NTP服務(wù)器需要時(shí)間比較準(zhǔn)確的 NTP服務(wù)器來(lái)更新自己的時(shí)間,所以在 NTP服務(wù)器上配置一部上級(jí)時(shí)間服務(wù)器來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn),在這里選擇國(guó)家氣象局的NTP服務(wù)器以獲得全網(wǎng)的精準(zhǔn)時(shí)間。

driftfile指定了用來(lái)保存系統(tǒng)時(shí)鐘頻率偏差的文件,ntpd程序使用它來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償時(shí)鐘的自然漂移,使得時(shí)鐘即使在切斷外來(lái)時(shí)源的情況下,仍能保持相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確度。driftfile后面接的文件需要使用完整的路徑文件名,不能是鏈接文件,并且文件的權(quán)限必須設(shè)定成 ntpd守護(hù)進(jìn)程可以寫入。

3.2 NTP服務(wù)器配置完成進(jìn)程鏈接

由于 Init進(jìn)程是系統(tǒng)啟動(dòng)之后的第一個(gè)用戶進(jìn)程,init進(jìn)程上來(lái)首先做的事是去讀取/etc/目錄下inittab文件中 initdefault ID值,這個(gè)值稱為運(yùn)行級(jí)別(run-level)。它決定了系統(tǒng)啟動(dòng)之后運(yùn)行于什么級(jí)別。這個(gè)級(jí)別從 0到 6,具有不同的功能。每個(gè)級(jí)別要執(zhí)行哪些服務(wù)就在相對(duì)應(yīng)的目錄下,因此需要把NTP進(jìn)程鏈接入啟動(dòng)的級(jí)別中,由于平時(shí)啟動(dòng)在級(jí)別 5,因此執(zhí)行以下操作:

3.3 啟動(dòng)NTP服務(wù)器并檢查時(shí)間同步情況

如查看結(jié)果與上表結(jié)構(gòu)類似,則配置成功。

3.4 Linux校時(shí)計(jì)算機(jī)的配置方法

運(yùn)行 Linux或類 UN IX系統(tǒng)的服務(wù)器 (以 Red-hat系統(tǒng)為參考),編輯 /etc/ntp.conf文件,

然后啟動(dòng) ntp服務(wù),/etc/init.d/ntpd start即可,其中啟動(dòng) ntpd參數(shù)可為 restart start stop,并且可以通過(guò) ntpq– p檢查時(shí)間同步情況。

3.5 運(yùn)行W indows XP和W indows 2003操作系統(tǒng)的服務(wù)器或計(jì)算機(jī)

一方面可通過(guò)雙擊系統(tǒng)托盤下方的時(shí)間,彈出[日期時(shí)間屬性 ]對(duì)話框,選擇 [Internet]時(shí)間選項(xiàng)卡。在服務(wù)器地址欄輸入時(shí)間服務(wù)器的 IP地址,然后點(diǎn)擊“確定”按鈕保存。可以勾選自動(dòng)同步,也可以手動(dòng)按[立即更新 ]來(lái)同步時(shí)間。由于系統(tǒng)默認(rèn)的時(shí)間同步間隔是 7d,這樣的同步間隔對(duì)一些業(yè)務(wù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)精度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,需要提高對(duì)時(shí)頻率,則需要修改注冊(cè)表中的自動(dòng)同步間隔項(xiàng)以提高同步精度。

①在“開(kāi)始”菜單→“運(yùn)行”項(xiàng)下輸入“Regedit”進(jìn)入注冊(cè)表編輯器。

②在 [HKEY_LOCAL_MACH INESYSTEM CurrentControlSetServicesW32TimeT imeProviders NtpClient]分支中雙擊 SpecialPollInterval鍵值,將對(duì)話框中的“基數(shù)欄”選擇到“十進(jìn)制”上。

③對(duì)話框中顯示的數(shù)字正是自動(dòng)對(duì)時(shí)的間隔(以秒為單位),如默認(rèn)的 604800就是由 7(d)×24 (h)×60(min)×60(s)計(jì)算來(lái)的。設(shè)定時(shí)間同步周期 (建議設(shè)為 900=15min或 3600=1h等周期值),填入對(duì)話框,點(diǎn)擊確定保存關(guān)閉對(duì)話框。

4 常見(jiàn)問(wèn)題和解決辦法

①由于NTP服務(wù)器的安裝和配置必須使用 root用戶,建議配置大型網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候,不要裝在重要數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器或者Web主機(jī)上,避免對(duì)其他業(yè)務(wù)造成影響。此外每次重啟 NTP服務(wù)器之后大約要 3-5min客戶端才能與 server建立正常的通訊連接,否則在客戶端執(zhí)行“ntpdate服務(wù)器 IP”的時(shí)候?qū)⒎祷? 27 Jun 10:20:17 ntpdate[21920]:no server suitable for synchronization found。

②在遠(yuǎn)程服務(wù)器的 jitter值是 4000并且 delay和 reach的值是 0時(shí),或者在遠(yuǎn)程服務(wù)器的 jitter值是 4000時(shí),說(shuō)明時(shí)間同步存在問(wèn)題,應(yīng)該檢查本地防火墻是不是沒(méi)有正常開(kāi)放 123端口,阻斷了與NTP服務(wù)器的通訊,部分殺毒軟件中也整合了防火墻功能,需要仔細(xì)檢查。

③如果同步不正常可以進(jìn)入DOS調(diào)試,輸入 net time/querysntp設(shè)置允許使用外部的NTP服務(wù)器,net time/querysntp設(shè)定要同步的 NTP服務(wù)器,net stop w32time停止 windows的時(shí)間服務(wù),net start w32time重啟windows的時(shí)間服務(wù),使NTP設(shè)置生效。

5 結(jié)論

全國(guó)氣象系統(tǒng)基于NTP和 SNTP協(xié)議采用兩級(jí)時(shí)間服務(wù)器結(jié)構(gòu),在省級(jí)通過(guò)適度冗余的高可靠性服務(wù)器架構(gòu)建設(shè)的氣象信息網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一授時(shí)系統(tǒng),為氣象數(shù)據(jù)的傳輸、氣象信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各種設(shè)備運(yùn)行、管理系統(tǒng)、衛(wèi)星資料接收、視頻會(huì)商系統(tǒng)等各項(xiàng)業(yè)務(wù)都提供了一個(gè)精確的時(shí)間參考。省級(jí) NTP服務(wù)器安裝完成后,為省級(jí)、地區(qū)、臺(tái)站提供了一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)間精度,避免了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的時(shí)間漂移造成的遲報(bào)情況,并且對(duì)重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)的時(shí)間校準(zhǔn)提供了自動(dòng)方便的校時(shí)方式,對(duì)各個(gè)氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)的統(tǒng)一開(kāi)展、穩(wěn)定運(yùn)行都具有十分重要的意義。

TP393

B

2009-10-13

汪華 (1974-),女,工程師,主要從事網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)工作。

1003-6598(2010)05-0024-03